Oświetlenie profesjonalne | przemysł  (2020-03-24)   Marek Kołakowski (LIGHTING.PL)

Oświetlenie pomieszczeń zagrożonych wybuchem

Działalność przemysłowa prowadzona jest w obiektach i na terenach o bardzo różnej specyfice, jednak w większości z nich wymagane jest doświetlanie przestrzeni sztucznym światłem elektrycznym. Niektóre obiekty przemysłowe, ze względu na rodzaj prowadzonej tam działalności, wymagają szczególnej dbałości o bezpieczeństwo. Wyjątkowo niebezpiecznymi przestrzeniami i obszarami są strefy zagrożone wybuchem, w których montowane są różnorodne urządzenia elektryczne, w tym oświetleniowe.

 


Niebezpieczeństwo wybuchu w procesach przemysłowych

Niebezpieczeństwo wybuchu może występować w procesach technologicznych związanych z wytwarzaniem, przechowywaniem lub używaniem substancji, które tworzą mieszaniny wybuchowe w kontakcie z powietrzem lub innymi utleniaczami.

Do substancji takich zalicza się przede wszystkim:
  • gazy palne, np. propan, butan i wodór,
  • ciecze łatwopalne i ich pary, np. benzynę, alkohole i etery,
  • mgły, pyły i włókna, np. pył węglowy, drzewny i aluminiowy.
Strefy zagrożenia wybuchem, tzw. strefy EX, znajdują się przede wszystkim w dużych zakładach przemysłowych branży wydobywczej, chemicznej i petrochemicznej, ale także w znacznie mniejszych firmach, np. w lakierniach, młynach, tartakach i kotłowniach. W niektórych obszarach technologicznych tych zakładów, zarówno we wnętrzach jak i na zewnątrz, a szczególnie w zamkniętych lub częściowo otwartych przestrzeniach, takich jak naczynia procesowe, zbiorniki magazynowe, przepusty, kanały, tunele i szyby, mogą powstawać mieszaniny substancji palnych, np. gazów, par lub pyłów z powietrzem, tworzące atmosferę wybuchową.

W przypadku wyzwolenia wystarczającej porcji energii, w takiej atmosferze wybuchowej może dojść do zainicjowania zapłonu i samorzutnego rozprzestrzenienia spalania. Czynnikiem, który zainicjuje zapłon może okazać się gorące powietrze, płomienie, iskry wytwarzane mechanicznie, urządzenia elektryczne, elektryczność statyczna, uderzenie pioruna, ultradźwięki lub reakcje egzotermiczne, włącznie z samozapłonem pyłów.

Katalizatorem zapłonu może okazać się, np.:
  • wysoka temperatura elementu obudowy oprawy oświetleniowej lub źródeł światła,
  • wysokoenergetyczne wyładowania iskrowe spowodowane np. awarię obwodu elektrycznego,
  • wyładowania elektrostatyczne od obudowy oprawy oświetleniowej,
  • uszkodzenie przenośnej latarki oświetleniowej, w wyniku którego następuje dostęp niebezpiecznej atmosfery zewnętrznej do gorącego źródła światła.

Odpowiedzialność prawna producentów oświetlenia

Sprzęt elektryczny, w tym także oprawy oświetleniowe przeznaczone do oświetlania stref zagrożonych wybuchem EX, muszą spełniać szereg rygorystycznych wymogów określonych w dyrektywie ATEX (od francuskiego Atmosphere Explosible) wprowadzonej przez Parlament Europejski i Radę Europejską. Odpowiedzialność za poprawne, niezawodne, a przede wszystkim bezpieczne, działanie opraw oświetleniowych oznaczonych symbolem EX wprowadzanych do użytkowania na terenie Unii Europejskiej oraz spełnianie przez nie wymogów zawartych w dyrektywie ATEX spoczywa na ich producentach.

Uregulowania prawne dotyczące zabezpieczeń w warunkach zagrożenia wybuchem określają obecnie:
1) Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/34/UE ATEX 114 z dnia 26 lutego 2014 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej, która weszła w życie od 19 kwietnia 2016 r. zastępując poprzednie, jednak mimo braku ważności często nadal stosowane, dyrektywy 94/9/EC ATEX 95 i 94/9/WE.

Obejmuje ona swoim zakresem:
  • urządzenia i systemy ochronne przeznaczone do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej,
  • sprzęt zabezpieczający, sterujący i regulacyjny przeznaczony do użytku poza atmosferą potencjalnie wybuchową, który wymagany jest lub przyczynia się do bezpiecznego funkcjonowania urządzeń i systemów ochronnych wobec zagrożeń wybuchowych,
  • komponenty, które mają być częścią urządzeń i systemów ochronnych, o których mowa w punkcie 1.
2) Dyrektywa 99/92/EC ATEX 137 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 1999 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa.

Na grunt polskiego prawodawstwa dyrektywy te wprowadzają Rozporządzenia Ministra Gospodarki, pracy i Polityki Społecznej oraz Polskie Normy dotyczące atmosfer wybuchowych.

Oprawy oświetleniowe użytkowane w zagrożonych wybuchem strefach EX, muszą posiadać dokumenty w postaci wydanej przez producenta deklaracji CE i certyfikatu ATEX wystawionego przez niezależną jednostkę certyfikacyjną. Potwierdza on, że oprawa została wyprodukowana, a następnie zbadana i dopuszczona do stosowania w atmosferach potencjalnie wybuchowych, także w razie jej awarii.

Podstawowymi czynnikami ryzyka zapłonu, które należy uwzględnić przy projektowaniu i badaniu urządzeń ATEX, są:
  • wysokie temperatury pochodzące od źródeł światła, baterii, akumulatorów lub elementów elektronicznych, w warunkach zwarcia obwodu elektrycznego,
  • wysokoenergetyczne wyładowania iskrowe spowodowane przez zwarcie baterii, akumulatorów lub awarie obwodów elektrycznych,
  • zagrożenia wyładowaniami elektrostatycznymi od obudów,
  • uszkodzenia latarek, w wyniku których następuje dostęp zewnętrznej, niebezpiecznej atmosfery do gorącego włókna żarowego żarówki.
Obowiązek oznaczenia przeciwwybuchowych opraw oświetleniowych oraz dostarczenia takich deklaracji spoczywa na producencie lub dostawcy sprzętu.

 


Obowiązki pracodawców

Dyrektywy ATEX kładą również prawne wymogi na pracodawcach. W miejscach gdzie istnieje niebezpieczeństwo eksplozji mają oni obowiązek zapewnienia oświetlenia za pomocą sprawdzonych i certyfikowanych przeciwwybuchowych opraw oświetleniowych ściśle dostosowanych do stref ustalonych w tej dyrektywie.

Obowiązek określenia szczególnych warunków w miejscu zagrożenia i zaklasyfikowanie przestrzeni jako strefy zagrożonej wybuchem spoczywa na inwestorze, projektancie obiektu i jego właścicielu lub użytkowniku, a w ich imieniu na pracowniku odpowiedzialnemu za BHP i przedstawicielu Państwowej Straży Pożarnej. Dokładne określenie w jakiego rodzaju atmosferze będzie pracować oświetlenie, jest niezwykle istotne.


Konstrukcja przeciwwybuchowych opraw oświetleniowych

Oprawy oświetleniowe przeznaczone do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem, nazywane popularnie oprawami przeciwwybuchowymi i oznaczane symbolem Ex, są sprzętem o specjalnej konstrukcji gwarantującej, że nie staną się one źródłem niebezpieczeństwa, a w warunkach  wybuchu zainicjowanego przez inne czynniki cechują się odpornością na uszkodzenia i gwarantują ciągłość działania w sytuacjach gdy oświetlenie jest niezbędne dla ewakuacji ludzi i akcji ratowniczej.

Jako źródła światła w oprawach oświetleniowych przeznaczonych do pracy w strefach zagrożenia wybuchem tradycyjnie stosowane były świetlówki, żarówki i wysokoprężne lampy wyładowcze, jednak w ostatnich latach są one wypierane przez moduły składające się z diod świecących LED o wyjątkowo wysokiej trwałości i niskim zużyciu energii elektrycznej.

Obudowy opraw przeciwwybuchowych wykonywane są z materiałów o wysokiej wytrzymałości, które pozwalają spełnić rygorystyczne standardy bezpieczeństwa. Najczęściej jest to stal ocynkowana pokryta poliestrową farbą proszkową, aluminium lub tworzywa sztucznego w postaci poliestru wzmocnionego włóknem szklanym (GRP) albo poliwęglanu (PC). Klamry spinające obudowę z kloszem wykonywane są najczęściej ze stali nierdzewnej. Materiały te charakteryzują się odpornością na korozję i wpływ czynników chemicznych, są wytrzymałe na uszkodzenia mechaniczne i działanie ognia. Klosze opraw wykonywane są z hartowanego szkła boro-krzemowego, poliwęglanu stabilizowanego UV (PC) lub polimetakrylanu metylu (PMMA). Do uszczelnienia połączenia między obudową oprawy i kloszem używane są najczęściej uszczelni silikonowe. Wewnętrzne połączenia elektryczne prowadzone są za pomocą przewodów elektrycznych w izolacji niepalnej.

Do zasilana źródeł światła, przede wszystkim modułów LED oraz świetlówek, stosowane są zasilacze i stateczniki elektroniczne (EVG), które zapewniają bezpieczniejszą pracę w związku z wydzielaniem znacznie mniejszej ilości ciepła niż w przypadku stateczników elektromagnetycznych. Układy elektroniczne umożliwiają także implementację dodatkowych funkcji zwiększających bezpieczeństwo, np. funkcję EOL (End of Life) pozwalającą na monitorowanie i bezpieczne wyłączanie świetlówek pod koniec ich przydatności do użycia.

Oprawy przeciwwybuchowe bywają też opcjonalnie oferowane w wersji zgodnej z systemem sterowania, np. DALI, który umożliwia monitorowanie pracy opraw oraz sterowanie oświetleniem przy wykorzystaniu danych z czujników ruchu lub z systemu zarzadzania budynkiem (BIM). Opcjonalnie oprawy mogą być wyposażone w autonomiczne moduły pracy awaryjnej lub być przystosowane do współpracy z systemem centralnej baterii oświetlenia awaryjnego.

 


Klasyfikacja stref zagrożonych wybuchem

Przestrzenie, w których występują atmosfery zagrażające wybuchem dzielone są dwa rodzaje stref:
  • strefę G, w której dochodzi do zmieszania się powietrza z gazami, cieczami oraz oparami cieczy,
  • strefę D, w której powietrze miesza się z palnymi pyłami.

Pod względem częstotliwości występowania zagrożenia wybuchem oba rodzaje stref dzielone są na takie, w których zagrożenie występuje w sposób:
  • ciągły i utrzymuje się przez dłuższy czas,
  • sporadycznie,
  • atmosfera wybuchowa nie występuje podczas normalnej pracy. Jeżeli występuje, to jedynie przez krótki czas.

Tabela 1. Kwalifikacja stref zagrożonych wybuchem
 
Rodzaj zagrożenia Opis zagrożenia Oznaczenie strefy Występowanie atmosfery wybuchowej
G
Pomieszczenia, w których występują gazy (Gas)
Gazy, ciecze i ich opary 0 Ciągłe, zagrożenie utrzymuje się przez długi czas
1 Sporadyczne, zagrożenie może się pojawić w normalnych warunkach
2 Rzadkie, nie występuje w warunkach normalnej pracy, jeżeli wystąpi, to przez krótki okres
D
Pomieszczenia, w których występują pyły (Dust)
Palne pyły 20 Ciągłe, zagrożenie utrzymuje się przez długi czas
21 Sporadyczne, zagrożenie może się pojawić w normalnych warunkach
22 Rzadkie, nie występuje w warunkach normalnej pracy, jeżeli wystąpi, to przez krótki okres
   

Grupy i kategorie urządzeń przeciwwybuchowych

Urządzenia, w tym także oprawy oświetleniowe, do stref Ex dzieli się na grupy i kategorie:
  • grupę I – przeznaczone do prac podziemnych w kopalniach, a także w obszarach kopalń nadziemnych, gdzie istnieje zagrożenie wybuchem
  • grupę II - przeznaczone do pracy na powierzchni, gdzie zachodzi ryzyko zainicjowania wybuchu w mieszaninie gazów, par i pyłów.
 
Tabela 2. Grupy i kategorie urządzeń i systemów w wykonaniu przeciwwybuchowym
 
Grupa Przeznaczenie urządzenia Kategoria
I Urządzenia przeznaczone do pracy w podziemiach kopalnianych, naziemnych częściach kopalń zagrożonych wybuchem M1
M2
II Urządzenia przeznaczone do pracy na powierzchni w obszarach zagrożonych wybuchem gazów, par, mgieł lub pyłów 1
2
3
 
W grupie I, urządzeń dla górnictwa zagrożonego metanem i pyłem węglowym, wyróżnia się następujące kategorie urządzeń:
  • kategoria M1 – urządzenia z bardzo wysokim poziomem bezpieczeństwa, z dwoma niezależnymi środkami zabezpieczeń obejmuje urządzenia zaprojektowane i, w razie potrzeby, wyposażone w specjalne dodatkowe środki zabezpieczenia przeciwwybuchowego tak, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ruchowymi określonymi przez producenta, zapewniając bardzo wysoki poziom zabezpieczenia w czasie pracy w atmosferze wybuchowej nawet w przypadku rzadko występującego uszkodzenia; urządzenia tej kategorii charakteryzują się takimi zabezpieczeniami, że:
  1. w przypadku uszkodzenia jednego ze środków zabezpieczających, przynajmniej drugi, niezależny środek, zapewni wymagany poziom zabezpieczeni, albo wymagany poziom zabezpieczenia będzie zapewniony w przypadku wystąpienia dwóch niezależnych od siebie uszkodzeń,
  2. źródła zapalenia (w urządzeniu) nie mogą się uaktywnić nawet w przypadku rzadko występujących uszkodzeń; urządzenia te, w miarę potrzeby, wyposaża się w specjalne środki zabezpieczające, które są zdolne do funkcjonowania w atmosferze wybuchowej.
  • kategoria M2 – urządzenia z wysoki poziomem bezpieczeństwa, wyłączane w przypadku wystąpienia atmosfery wybuchowej obejmuje urządzenia zaprojektowane i wykonane w taki sposób, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ruchowymi ustalonymi przez producenta, gwarantując wysoki poziom zabezpieczenia; w urządzeniach tej kategorii producent zapewnia:
  1. wyłączenie zasilania w przypadku wystąpienia atmosfery wybuchowej,
  2. środki zabezpieczenia przeciwwybuchowego dające wymagany poziom zabezpieczenia podczas normalnego działania tych urządzeń oraz w przypadku trudnych warunków ich eksploatacji, szczególnie powstałych wskutek nieostrożnego obchodzenia się z nimi i zmieniających się warunków środowiskowych.
 
Tabela 3. Wymagania w stosunku do urządzeń grupy I
 
Wymagania Kategoria urządzeń M1 Kategoria urządzeń M2
Poziom zabezpieczenia bardzo wysoki wysoki
Liczba dopuszczalnych niezależnych uszkodzeń 2 niezależne uszkodzenia wyłączenie urządzenia spod napięcia w razie wystąpienia
mieszaniny wybuchowej
Liczba niezależnych zabezpieczeń 2 niezależne zabezpieczenia

 
W grupie II, urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym przeznaczonych do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem innych niż kopalnie metanowe, wydzielono następujące kategorie:
  • kategoria 1 – urządzenia zaprojektowane i wykonane w taki sposób, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ruchowymi ustalonymi przez producenta, zapewniając bardzo wysoki poziom zabezpieczenia. Urządzenia tej kategorii:
  1. są przeznaczone do użytku w miejscach, w których mieszaniny wybuchowe gazów palnych, par cieczy palnych lub pyłów z powietrzem są obecne stale, często lub w długich okresach, czyli w strefach zagrożenia wybuchem 0 lub 20;
  2. zapewniają wymagany poziom zabezpieczenia, nawet w przypadku rzadko występujących uszkodzeń i charakteryzują się takimi środkami zabezpieczenia, że:
  • w przypadku uszkodzenia jednego ze środków zabezpieczających, przynajmniej drugi, niezależny środek, zapewni wymagany poziom zabezpieczenia, albo
  • wymagany poziom zabezpieczenia będzie zapewniony w przypadku wystąpienia dwóch niezależnych od siebie uszkodzeń.
  • kategoria 2 – urządzenia zaprojektowane i wykonane w taki sposób, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ruchowymi ustalonymi przez producenta, zapewniając wysoki poziom zabezpieczenia. Urządzenia tej kategorii:
  1. są przeznaczone do użytkowania w miejscach, w których występowanie mieszanin wybuchowych gazów palnych, par cieczy palnych lub pyłów z powietrzem jest prawdopodobne czyli w strefach zagrożenia wybuchem 1 lub 21;
  2. posiadają środki zabezpieczenia przeciwwybuchowego zapewniające wymagany poziom zabezpieczenia nawet w przypadkach częstych zakłóceń lub uszkodzeń urządzeń, jakie bierze się pod uwagę,
  • kategoria 3 – urządzenia zaprojektowane i wykonane w taki sposób, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ustalonymi przez producenta, zapewniając normalny stopień zabezpieczenia. Urządzenia tej kategorii:
  1. są przeznaczone do użytku w miejscach, w których wystąpienie mieszanin wybuchowych gazów palnych, par cieczy palnych lub pyłów z powietrzem jest mało prawdopodobne, a jeżeli wystąpią, to rzadko i w krótkim okresie, czyli w strefach zagrożenia wybuchem 2 i 22;
  2. zapewniają wymagany poziom zabezpieczenia podczas normalnego działania tych urządzeń.
Urządzenia poszczególnych kategorii mogą być stosowane tylko w przypisanych im strefach wybuchowości. Dopuszcza się stosowanie urządzeń kategorii niższej w sterach wyższych:
  • w strefie 0 i 20 można stosować jedynie urządzenia kategorii 1
  • w strefie 1 i 21 można stosować urządzenia kategorii 1 i 2
  • w strefie 2 i 22 można stosować urządzenia kategorii 1, 2, 3.
 
Tabela 4. Zależność między strefami zagrożenia wybuchem i kategoriami urządzeń dla grupy II
 
Kategoria Zaprojektowane
dla strefy
Do zastosowania
również w strefie
Rodzaj atmosfery
wybuchowej
Zastosowanie
w strefie
Zastosowanie
w strefie
1 0 1 i 2 mieszanina gaz/powietrze lub
para/powietrze lub
mgła/powietrze
0 1G
1 20 21 i 22 mieszanina pył/powietrze 20 1D
2 1 2 mieszanina gaz/powietrze lub
para/powietrze lub
mgła/powietrze
1 1G lub 2G
2 21 22 mieszanina pył/powietrze 21 1D lub 2D
3 2 mieszanina gaz/powietrze lub
para/powietrze lub
mgła/powietrze
2 1G lub 2G lub 2G
3 22 mieszanina pył/powietrze 22 1D lub 2D lub 2G
Producenta Racje i potrzeby Użytkownika
   

Klasy temperaturowe urządzeń

Klasy temperaturowe są podawane w oznakowaniu opraw tylko jeśli zostały one  zakwalifikowane do użycia w strefie  G, w której dochodzi do zmieszania się powietrza z gazami, cieczami oraz oparami cieczy i w związku z tym są oznaczone literą G. Klasa temperatury określa dopuszczalną temperaturę do jakiej może nagrać się powierzchnia obudowy oprawy oświetleniowej, aby nie doszło do zapłonu w atmosferze wypełniającej przestrzeń zagrożoną wybuchem. Inaczej, do określonej strefy zagrożenia wybuchem powinny być dobraną oprawa o takiej klasie temperatury, aby maksymalna temperatura jej powierzchni zewnętrznej nie przekraczała najniższej temperatury samozapłonu gazów tworzących atmosferę wybuchową, a tym samym oprawa oświetleniowa nie stała się katalizatorem zapłonu.

Trzeba przy tym pamiętać, ze klasyfikacja ta nie ma nic wspólnego z dopuszczalną temperaturą otoczenia w jakiej może działać oprawa i nie może być z nią mylona.
 
Tabela 5. Klasy temperaturowe przeciwwybuchowych opraw oświetleniowych
 
Klasa temperatur Maksymalna temperatura powierzchni [°C] Temperatura zapłonu gazu [°C]
T1 450 >450
T2 300 300 ÷ 450
T3 200 200 ÷ 300
T4 135 135 ÷ 200
T5 100 100 ÷ 135
T6 85 85 ÷ 100


Oznakowanie zabezpieczeń

Rodzaje i oznaczenia zabezpieczeń stosowanych w oprawach oświetleniowych i innych urządzeniach przeznaczonych do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem sklasyfikowano w tabeli 6
 
Tabela 6. Oznakowanie zabezpieczeń stosowanych w oprawach oświetleniowych i innych urządzeniach przeznaczonych do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem
 
Nazwa zabezpieczenia Oznakowanie
Budowa ognioszczelna d
Budowa iskrobezpieczna (strefa 0) ia
Budowa iskrobezpieczna (strefa 1) Ib
Z osłona gazową z nadciśnieniem p
Budowa wzmocniona e
Z osłoną olejowa o
Z osłona proszkowa/piaskową q
Obudowa hermetyczna m
Urządzenia przeznaczone do strefy 2 n
Wykonanie specjalne s
Wykonanie wodoszczelne k
 

Oznaczanie opraw oświetleniowych przeznaczonych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem

Przeciwwybuchowe oprawy oświetleniowe muszą być oznakowane w sposób przedstawiony w tabeli 7.

Tabela 7. Przykładowe oznakowanie urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym
 
Oznaczenie CE Numer identyfikacyjny jednostki certyfikującej Ikona informująca o wykonaniu przeciw-wybuchowym Grupa wybuchowości Kategoria urządzenia Atmosfera
CE 0102 II 2 G – gazowa
D – pyłowa
Standard europejski Ochrona przeciw-wybuchowa Rodzaje zabezpieczeń stosowanych w budowie urządzeń Podgrupa wybuchowości Klasa
temperaturowa
Maksymalna temperatura powierzchni
E Ex d IIc T4 T90 °C
   
 
 
Autor: Marek Kołakowski (LIGHTING.PL)

Artykuł ukazał się w czasopiśmie Oświetlenie LED nr 6/2019

Komentarze:


OŚWIETLANIE OBIEKTÓW

Advertisement